High-Resolution Antialiasing (HRAA)

 
 
durch Multisampling

Die Grafikprozessor-Einheit (GPU) GeForce3 von NVIDIA bringt eine radikal neue Technologie mit sich, die die erste Lösung in der Industrie mit High-Resolution Antialiasing (HRAA) darstellt. Es wurden bereits in der Vergangenheit andere Antialiasing Lösungen angeboten - der GeForce3 ist jedoch der einzige GPU, der die einzigartige Kombination aus hohen Auflösungen und hohen Frame Rates in Kombination mit hochwertigem Antialiasing anbieten kann. Durch das Liefern von Hardware Support für Multisampling und innovativer neuer Sampling Technologie ermöglicht der GeForce3 HRAA für alle Echtzeit-Inhalte.
AA-Leistung in Quake 3 bei 1024x768x32. 60fps ist das Minimum für HRAA.

Generische Lösungen für Antialiasing
Eines der Hauptprobleme, das PC-Benutzer bisher geplagt hat, war das Aliasing oder die "Jaggies" im Bild. Als Aliasing bezeichnet man den Treppeneffekt an den Eckpunkten von Objekten, die enorm negativ auf PC-Benutzer wirken können. Leser, die Aliasing und dessen Ursachen noch nicht kennen, möchten wir auf Anhang A verweisen, in dem eine genauere Erklärung gegeben wird. Höhere Auflösung - Der einzige Weg zur Bekämpfung von Aliasing liegt in dem Erstellen des Effekts, dass mehr Pixel auf dem Bildschirm erscheinen. Bisher war ein Erhöhen der Auflösung die beste Lösung für dieses Problem. Die Größe der "Jaggies" oder Treppeneffektes ist niemals größer als das eigentliche Pixel. Aufgrund dieser Tatsache bringt eine Reduzierung der Pixelgröße die Reduzierung der Größe dieser Unregelmäßigkeiten mit sich. Eine Erhöhung der Auflösung ist jedoch nicht in jedem Falle möglich.

Es kann vorkommen, dass der Benutzer bereits die maximal für seinen Monitor mögliche Auflösung eingestellt hat, oder die Anwendung selber könnte die Auflösung einschränken. Über diese starken Einschränkungen hinaus, liegt die einzige Möglichkeit im Erhöhen der effektiven Auflösung. Der beste Ansatz hierfür ist die Nutzung ausgefeilterer Techniken zur Verarbeitung der Farbe jedes einzelnen Pixels, das auf dem Bildschirm erscheint, und zwar durch die Simulation des Vorhandenseins einer höheren Pixelanzahl. Diese Techniken werden als "Antialiasing" bezeichnet.
Supersampling - Algorithmische Antialiasing-Techniken beinhalten das "Sampling" des Inhalts jedes einzelnen Pixels an mehreren Orten. Das bedeutet, dass die Farbe an mehr als einem Ort des durch das Pixel abgedeckten Bereiches berechnet wird. Die Ergebnisse dieser "Sample" werden kombiniert, um die letztendliche Farbe des Pixels zu bestimmen. Diese Sample sind zusätzliche Pixel, die dafür verwendet werden, die effektive Auflösung des dargestellten Bildes zu erhöhen. Sollte der Eckpunkt eines Objektes zum Teil in den Bereich eines Pixel fallen, kann diese Farbe und die Farbe eines weiteren Objektes, das diesen "Bereich" zum Teil ausfüllt, genutzt werden, um die Endfarbe zu berechnen. Das Ergebnis dieses Procedere sind weichere Übergänge von einer Pixelreihe zu einer anderen am Rand von Objekten, an denen Aliasing auffallender ist.

"Supersampling" ist eine Antialiasing-Technik, die in NVIDIAs GeForce2 GPUs und anderen modernen Grafikprozessoren verwendet wird. Ein Grafikprozessor, der mit Supersampling arbeitet, rendert das erscheinende Bild in einer viel höheren Auflösung als dem aktuellen Bildschirmmodus, und skaliert und filtert das Bild dann in der letztendlichen Auflösung, bevor es an den Bildschirm gesendet wird. Es gibt eine ganze Reihe Möglichkeiten zur Ausführung dieses Vorganges, jede von ihnen erfordert jedoch, dass der Grafikprozessor so viele Pixel rendert, wie aufgrund der Supersampling-Methode nötig sind. Da der Grafikprozessor mehr Pixel rendert als tatsächlich dargestellt werden, muss er darüber hinaus diese Pixel auf die Auflösung für die letztendliche Darstellung reduzieren und filtern. Dieses Scaling und Filtering kann die Leistung weiter verringern.

Screen Shots der AA-Modi des GeForce3. Kein, Quincunx AA und 4x.

Multisampling für High-Resolution Antialiasing (HRAA) Die hinter Multisampling stehende Grundidee möchte die Intelligenz, die hinter Antialiasing steht, in den GPU und damit in die Hardware einbinden. Der GPU wird dadurch komplexer, der Benutzer erhält aber eine bessere Qualität und eine höhere Leistung. Multisampling funktioniert, weil der GPU selbst "weiss", dass mehrere Sample genutzt werden, um die letztendliche Pixelfarbe zu berechnen. Sie können sich diese zusätzlichen Samples als zusätzliche "virtuelle Pixel" vorstellen. Der GPU GeForce3 verfügt über breitere interne Datenpfade. Aufgrund dieser Tatsache kann er diese zusätzlichen virtuellen Pixel ohne eine Verlangsamung seiner Standard-Renderinggeschwindigkeit verarbeiten. Tatsächlich kann der GPU GeForce3 diese "virtuellen Pixel" oder zusätzliche Sample bei voller Geschwindigkeit ohne irgendeine Reduzierung der Engineleistung berechnen.

Diese breiteren Datenpfade ermöglichen dem GeForce3, die gleichen Texturdaten für alle Sample im Pixel zu verwenden, und die für die Textur aller AA-Sample erforderliche Speicherbandbreite drastisch zu reduzieren. Die Speicherbandbreite kann einen Leistungsengpass für Bildschirmmodi in Hochauflösung bedeuten. Dieser Engpass wird bei der Verwendung von Antialiasing noch auffallender. Weitere Informationen über Beschränkungen der Speicherbandbreite finden Sie in einer Abhandlung weiterer "Technischer Details" von NVIDIA mit dem Titel "GeForce3: Lightspeed Memory Architecture".

Der GeForce3 verfügt über eine neue Technologie für das Grafikhardware-Antialiasing in Form von Multisampling, das ein neues Samplingmuster nutzt. Die Orte der Samplepunkte für das Multisampling ermöglichen die Verwendung eines "Rekonstruktionsfilters", der Daten benachbarter Pixel zur Berechnung der letztendlichen Farbe nutzt. Hierdurch steigt der gesamte Arbeitsaufwand und die Frame Rate verringert sich im Grenzbereich, die dadurch erzielte höhere Qualität ist aber mehr als nur eine Entschädigung dafür. Dieses neue Samplingmuster wird Quincunx, nach dem Namen des Musters der 5 Punkte auf der "5." Seite eines sechsseitigen Würfels, genannt. Das in die Hardware eingebettete Quincunx-Muster bietet eine den "4x"-Modi vergleichbare Qualität mit einer Leistung, die ähnlich der der "2x"-Modi ist. Die durch den Quincunx-Rekonstruktionsfilter erzielte höhere Qualität ist einer der wichtigsten Fortschritte und eine fundamentale Weiterentwicklung im Bereich des Qualität gegen Leistung Abgleichs des Antialiasing.

Der wirkliche Test für jede Antialiasing-Lösung ist die Balance zwischen Leistung und Bildqualität. NVIDIAs Quincunx AA stellt die ultimative Balance zwischen diesen beiden Qualitätsmerkmalen dar. Abbildung 4 zeigt Sample aus Quake3™ Screenshots, um die Unterschiede im visuellen Bereich zwischen den Antialiasing-Modi des GeForce3 hervorzuheben. Bitte beachten Sie die ähnliche Komplexität der Quincunx AA- und der 4x-Beispiele. Die hohe Anzahl der Zwischenfarben wird durch die hohe Sampleanzahl ausgelöst, die sowohl Quincunx AA als auch 4x nutzen, um die Pixel im Vergleich zum Standard 2x-Modus zu rekonstruieren.

Der GPU GeForce3 ist das bislang erste Produkt, das HRAA zu einem Preis auf Verbraucherebene liefern kann. Die Hardware Multisampling-Fähigkeiten des GPU GeForce3 bieten eine bisher noch nicht erreichte Leistungs- und Flexibilitätsebene, durch die die Endbenutzer Antialiasing vollständig nutzen können, und durch die das volle Potential dieses bahnbrechenden Grafikprozessors erfassbar wird.

Key Features

 
 
 
 
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